河北保定阜平縣城地質(zhì)災(zāi)害分布及影響因素

任磊，李春波，于蒙，薛寶林

（華北地質(zhì)勘查局五一九大隊(duì)，河北 保定 071051）

0 引言

當(dāng)前，中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平日益提高，城市范圍急劇擴(kuò)展，人類工程活動(dòng)引發(fā)的各類地質(zhì)災(zāi)害日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，制約著城市發(fā)展與規(guī)劃建設(shè)（馮克印等，2007；趙忠海，2011；倪化勇等，2015）。研究城市建設(shè)區(qū)或規(guī)劃區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律及影響因素，為地方政府決策提供地質(zhì)依據(jù)，對(duì)于城市未來規(guī)劃建設(shè)具有十分重要的意義（蔡寬余和勞燕憑，2006；魏小佳等，2017；劉勝，2020）。

阜平縣位于河北省保定市西部，太行山東麓，為全縣山區(qū)（李俊龍，2014），境內(nèi)地形復(fù)雜，山巒綿亙、溝壑縱橫，地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展（吳波和楊偉河，2015；劉賀軍等，2018）。該文通過資料分析與實(shí)地調(diào)查，對(duì)阜平縣城及周邊區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害類型、發(fā)育特征、分布規(guī)律及影響因素進(jìn)行研究，以期為阜平縣城規(guī)劃建設(shè)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 氣象水文

阜平縣氣候類型屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫12.6℃，最冷月為1 月，平均氣溫-3.4℃，最熱月為7 月，平均氣溫26.0℃；年降水量631 mm，主要集中在6 月～9 月，受地形影響，各地降水量變化較大。

阜平縣城及周邊主要河流是大沙河和鷂子河。大沙河發(fā)源于太行山，上游穿深山峽谷，水流湍急，在研究區(qū)西部法華村坡度變緩，河道寬200～500 m，橫斷面呈U 型，河床以砂礫石為主，大沙河在阜平縣境內(nèi)總長(zhǎng)約80 km，流域面積2330 km2，河道縱坡4.26‰。鷂子河發(fā)源于阜平縣北部口子頭，于方太口匯入大沙河，全長(zhǎng)約42 km，流域面積268 km2，河道平均縱坡8.1‰。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于阜平縣城及周邊，西至法華村，東至董家溝口，北至土嶺村，南至大石坊村，面積約60 km2。研究區(qū)整體地勢(shì)西高東低，地形變化較大。地形平坦區(qū)主要位于大沙河及鷂子河的階地和縣城，基巖裸露區(qū)由于風(fēng)化、切割等因素，地形較陡，局部切割強(qiáng)烈地段坡度大60°以上（任磊等，2016）。研究區(qū)地貌可分為構(gòu)造剝蝕地貌和河谷平原地貌兩大類。其中構(gòu)造剝蝕地貌可細(xì)分為構(gòu)造剝蝕低山地貌和丘陵地貌，河谷平原地貌可分為現(xiàn)代河床及河漫灘、一級(jí)階地、二級(jí)階地等次一級(jí)地貌單元。

1.3 地層構(gòu)造

研究區(qū)地處中朝準(zhǔn)地臺(tái)中部的燕山沉降帶和山西中臺(tái)隆的結(jié)合部位，大地構(gòu)造位置屬華北地臺(tái)（Ⅰ級(jí)）、山西中臺(tái)壟（Ⅱ級(jí)）、五臺(tái)臺(tái)拱（Ⅲ級(jí)）、阜平穹褶束（Ⅳ級(jí)），受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺較為發(fā)育。

研究區(qū)地層主要由太古宙阜平表殼巖、坊里片麻巖、中元古代長(zhǎng)城系高于莊組及第四系組成，第四系松散沉積物主要分布在大沙河及鷂子河流域兩側(cè)，基巖主要出露在研究區(qū)中部小派山一帶。研究區(qū)內(nèi)侵入巖主要是以花崗質(zhì)巖石為主的長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖，為受變質(zhì)變形改造的深成侵入巖，主要由坊里片麻巖和河角片麻狀鉀長(zhǎng)花崗巖組成。

1.4 水文地質(zhì)

研究區(qū)地下水分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水3 種類型。第四系松散巖類孔隙水主要分布在大沙河和鷂子河兩岸的松散沉積層，富水性較差；基巖裂隙水廣泛分布于基巖裂隙中，主要依靠大氣降水補(bǔ)給，地下水位埋深隨地形起伏變化較大，水量豐富；巖溶水主要分布研究區(qū)小派山一帶，面積較小，含水層巖性為長(zhǎng)城系高于莊組白云巖，水量中等。

1.5 工程地質(zhì)

研究區(qū)巖土體類型劃分為5 類，主要包括粉質(zhì)粘土及砂土（Ⅰ1）、卵礫石（Ⅰ2）、堅(jiān)硬層狀變質(zhì)巖體（Ⅱ1）、堅(jiān)硬層狀碳酸鹽巖體（Ⅱ2）和堅(jiān)硬塊狀侵入巖體（Ⅱ3）。粉質(zhì)粘土及砂土主要分布在大沙河和鷂子河的階地上，厚度較小，呈灰褐色，工程地質(zhì)條件較差。卵礫石主要分布在大沙河和鷂子河河漫灘處，厚度5～15 m，呈灰黃色，成分以花崗片麻巖、斜長(zhǎng)片麻巖為主，多呈圓形及亞圓形、次棱角狀，磨圓度較好，工程地質(zhì)條件較好。堅(jiān)硬層狀變質(zhì)巖體分布較為廣泛，主要由阜平表殼巖和坊里片麻巖組成，巖體內(nèi)裂隙發(fā)育，局部地段表層風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石較破碎，承載力較高，工程地質(zhì)性質(zhì)良好。堅(jiān)硬層狀碳酸鹽巖體主要分布于小派山一帶，巖性以白云巖為主，工程地質(zhì)性質(zhì)良好。堅(jiān)硬塊狀侵入巖體主要分布在河流兩岸，巖性以片麻狀鉀長(zhǎng)花崗巖為主，巖體表層風(fēng)化較為嚴(yán)重。

2 地質(zhì)災(zāi)害類型及分布規(guī)律

2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型

阜平縣處于山區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害情況比較嚴(yán)重。根據(jù)以往資料及本次調(diào)查，研究區(qū)內(nèi)共有各類地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)16 處（表1），其中泥石流4 處，滑坡5 處，崩塌7 處，發(fā)育規(guī)模以小型為主，現(xiàn)狀條件下大部分處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 阜平縣研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)表

2.2 地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律

圖1 阜平縣地貌類型及地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖

（1）研究區(qū)崩塌、滑坡呈條帶狀分布，主要分布在構(gòu)造剝蝕地貌區(qū)與河谷平原地貌區(qū)接觸部位，特別是研究區(qū)南部203 省道南側(cè)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布較為集中（圖1）。203 省道南側(cè)為山區(qū)，地形起伏變化較大海拔一般在280～320 m 之間；北側(cè)較為平坦，海拔一般在240～250 m 左右。受地形地貌影響，加之該處由于修路、建房進(jìn)行坡角開挖，形成高角度的陡坡，為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育提供了有利條件。

（2）研究區(qū)崩塌、滑坡等災(zāi)害主要發(fā)育在堅(jiān)硬層狀變質(zhì)巖體中（圖2），巖性以黑云斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖為主，巖層北傾且風(fēng)化嚴(yán)重，局部地段全風(fēng)化厚度大達(dá)15 m。由于風(fēng)化嚴(yán)重，致使原巖結(jié)構(gòu)破壞，巖體物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯改變，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了有利的物質(zhì)來源。

（3）研究區(qū)崩塌、滑坡等災(zāi)害集中分布于人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈地段，地質(zhì)災(zāi)害與人類活動(dòng)密切相關(guān)。研究區(qū)大面積的低山丘陵地帶，人口分布較少，人類活動(dòng)整體不明顯。局部地段如城鄉(xiāng)結(jié)合部位，人類活動(dòng)強(qiáng)烈，如削坡建房、修路等進(jìn)行坡角開挖，易形成高陡邊坡，導(dǎo)致滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育。2014 年，阜平鎮(zhèn)照旺臺(tái)利民小區(qū)后山滑坡變形明顯，主要原因是在坡角處削坡建房，形成了明顯的陡坡，為滑坡的發(fā)生提供了有利條件，對(duì)附近居民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。目前該處滑坡經(jīng)過治理，得到了明顯的改善。

（4）研究區(qū)泥石流共4 處，主要分布在礦山地段，規(guī)模均為小型，易發(fā)程度較低，危險(xiǎn)等級(jí)為中等。由于礦山大面積露天開采，在礦山周邊溝谷、斜坡等位置堆積了大量的廢礦渣，形成高陡邊坡，且廢渣堆較松散、壓實(shí)性較差，在暴雨等情況下容易產(chǎn)生滑塌，個(gè)別匯水面積較大的礦山形成泥石流隱患。

3 地質(zhì)災(zāi)害形成條件及影響因素

地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征，與地質(zhì)災(zāi)害的形成條件和影響因素之間的關(guān)系十分密切，地質(zhì)災(zāi)害的形成是由多種因素共同決定的（王瑞霞等，2015）。影響地質(zhì)災(zāi)害形成的因素主要包括地形地貌、巖土體類型及工程地質(zhì)特征、降雨、人類工程活動(dòng)等（褚洪斌等，2003；朱小龍等，2015），其中，地形地貌、巖土體類型及工程地質(zhì)特征和降雨等自然因素為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了基本條件，人類工程活動(dòng)則加劇了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生（何冬曉等，2007；李迎新，2009）。

圖2 阜平縣巖土體類型及地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖

3.1 滑坡的形成條件和影響因素

滑坡的形成是由多種環(huán)境因素長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果，其中主要有組成斜坡的巖土體類型及特征、地形地貌等基本條件和降雨、人類工程活動(dòng)等影響因素。

（1）地形地貌

地形地貌是研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的基本條件之一，構(gòu)造剝蝕丘陵地帶由于局部的劇烈切割，加之該區(qū)人類工程活動(dòng)的影響，在人類活動(dòng)強(qiáng)烈地段多發(fā)育堆積層滑坡，部分地區(qū)不排除有發(fā)生大型滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。河谷平原地帶地形較平坦，并且有河道發(fā)育，排水條件較好，因此基本無滑坡形成。

（2）巖土體類型

研究區(qū)層狀變質(zhì)巖體分布廣泛，其表層有不同程度的風(fēng)化。其中黑云母片麻巖、角閃黑云斜長(zhǎng)片麻巖風(fēng)化程度相對(duì)較高，表層土體與風(fēng)化巖體的接觸面往往構(gòu)成結(jié)構(gòu)面。風(fēng)化形成的碎石土，有利于降雨入滲，下部較硬的巖層為相對(duì)隔水層，容易積水，從而引起地下水位的上升，上部的滑體遇水易軟化，從而降低了接觸面的抗剪強(qiáng)度。

（3）降雨

降雨是滑坡發(fā)生的主要誘發(fā)因素（張江偉等，2015）。降雨的作用主要表現(xiàn)在以下的兩個(gè)方面：一是降雨通過巖土體節(jié)理裂隙面滲入斜坡體，加大了斜坡體自重并軟化了巖土體，降低了巖土體的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)，使斜坡失穩(wěn)導(dǎo)致滑坡的產(chǎn)生；二是降雨形成的洪水沖刷、淘蝕斜坡坡腳，消弱斜坡體的支撐部分，促發(fā)滑坡的產(chǎn)生。

（4）人類工程活動(dòng)

研究區(qū)人類工程活動(dòng)密集，包括大面積采礦、削坡建房，加之在坡角下筑路，使得區(qū)內(nèi)存在較多的人為削坡，而其中的不合理的人為削坡極易引發(fā)滑坡的形成。

3.2 崩塌的形成條件和影響因素

崩塌的形成主要由風(fēng)化作用、降雨、地震等因素相互作用形成。

（1）風(fēng)化作用

風(fēng)化作用是研究區(qū)崩塌發(fā)育的主要因素，表現(xiàn)在以下2 個(gè)方面：一是不同程度的風(fēng)化作用促進(jìn)了巖體臨空面的形成，而臨空面的形成對(duì)崩塌的形成起到了關(guān)鍵而決定性的作用。二是風(fēng)化作用通過巖石裂隙中水的凍結(jié)與融化加劇了巖體裂隙的發(fā)育程度，從而促進(jìn)了崩塌體的形成。

在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師先創(chuàng)設(shè)情境，展示過氧化氫溶液，提出問題：“在哪些條件下可以加快過氧化氫分解？”以問題引導(dǎo)學(xué)生回憶其分解過程，調(diào)動(dòng)已有知識(shí)基礎(chǔ)，思考、分析并得出結(jié)論：過氧化氫在加熱、加入催化劑FeCl3溶液和過氧化酶時(shí)均能加快分解，且不同條件下分解速率不同。由此明確實(shí)驗(yàn)課題——比較過氧化氫在不同條件下的分解速率。

（2）降雨

降雨是研究區(qū)崩塌形成的重要因素。降雨形成的洪水對(duì)坡腳的沖刷、淘蝕在一定程度上促進(jìn)和擴(kuò)大了臨空面的形成。此外崩塌體中雨水的滲入加劇了裂隙的擴(kuò)張，加速了崩塌體的形成。

（3）地震

地震的影響下極易破壞母巖對(duì)潛在崩塌體支撐作用，導(dǎo)致其失穩(wěn)形成崩塌破壞。

3.3 泥石流的形成條件和影響因素

泥石流形成主要受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖性、降雨等自然因素和人類活動(dòng)的影響（徐建芳等，2003）。

（1）地形地貌

研究區(qū)大部分地區(qū)為中低山區(qū)，山高坡陡，為泥石流的發(fā)生提供了有利的地勢(shì)條件。溝谷的流域面積、溝床縱坡降、流域內(nèi)山坡平均坡度以及植被覆蓋情況等都對(duì)泥石流的形成和發(fā)展具有重要的作用，泥石流的發(fā)生、發(fā)展和分布無不受到山地地貌特征的影響。

（2）地質(zhì)構(gòu)造與巖土體類型

地層巖性的差異，是影響斜坡穩(wěn)定性最重要的條件之一，不同的巖性特征，常見的地質(zhì)災(zāi)害類型也有所不同；斜坡地段的褶皺形態(tài)、地層產(chǎn)狀、斷層和節(jié)理裂隙的發(fā)育特征以及區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征等，對(duì)斜坡（特別是巖質(zhì)斜坡）穩(wěn)定性的影響是十分顯著的。

（3）降雨

降雨是泥石流發(fā)生最重要的誘發(fā)因素之一，一般而言，連續(xù)陰雨加暴雨、大面積降雨過程是泥石流活動(dòng)的主要時(shí)間段（魏鳳華等，2003）。降雨強(qiáng)度對(duì)于暴雨型泥石流的發(fā)生有著決定性意義，在各種地質(zhì)環(huán)境下，降雨強(qiáng)度都要達(dá)到相應(yīng)的臨界才會(huì)導(dǎo)致泥石流暴發(fā)，如王林口鄉(xiāng)辛莊村泥石流是1985 年強(qiáng)降雨之后產(chǎn)生的。總之，降雨與泥石流的關(guān)系極其密切。

（4）物源

泥石流的形成離不開物源條件（柴艷和祁穎輝，2011），松散堆積物是引發(fā)泥石流的主要物源。阜平縣礦產(chǎn)資源豐富，礦山開采產(chǎn)生了大量的礦渣堆積在溝谷或溝谷附近的山坡和坡腳地帶，為泥石流的形成提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)（李婧和薛丁煒，2011），在遇到強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨的天氣條件下發(fā)生泥石流的可能性較大。

4 結(jié)論

通過資料分析與實(shí)地調(diào)查，查明了研究區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害類型及分布規(guī)律。研究區(qū)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害共16 處，發(fā)育規(guī)模以小型為主。崩塌、滑坡主要分布在構(gòu)造剝蝕地貌與河谷平原地貌接觸部位、風(fēng)化強(qiáng)烈的堅(jiān)硬層狀變質(zhì)巖體中，大量的人類工程活動(dòng)如修路、建房等加劇了崩塌、滑坡等災(zāi)害的發(fā)育；研究區(qū)泥石流主要分布在礦山地段，礦山開采、礦渣隨意堆積形成高陡邊坡的同時(shí)也為泥石流的形成提供了物源，在降雨等其他條件誘發(fā)下發(fā)生泥石流可能性大。研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的形成的基本條件是地形地貌、巖土體類型及風(fēng)化程度等，降雨、地震和人類工程活動(dòng)是地質(zhì)災(zāi)害形成的重要影響因素。